滁州花山水文实验流域径流与氮素耦合模拟研究

采用SWAT模型方法对滁州花山水文实验流域进行了径流与氮素耦合模拟,探讨了流域土地利用对氮素输移的影响。构建了花山水文实验流域SWAT模型,采用2008年1月~2013年12月的降雨、径流等数据对径流模型进行率定和验证,以2012年5月~2013年12月的氮浓度监测数据对氮负荷模型进行验证。利用所建立的模型对现状土地利用情形和土地利用变化情景假设下进行了径流与氮素耦合模拟,计算了现状和不同土地利用情景假设下流域的径流深和氮负荷。结果表明:汛期的氮流失量占全年氮流失的比重较大,每年的汛期是控制氮流失的关键时期;旱地的氮流失潜力较水田大,林地的增加对氮负荷具有一定的消减作用;控制氮肥的使用,加强水土保持能力,可以有效减少流域氮负荷。     

黄河干流潼关断面非点源污染负荷估算

基于平均浓度法原理,根据黄河中游降雨径流特点,将年内过程分为汛期和非汛期两个阶段,同时将高含沙水流中的污染负荷分为水体中的溶解态污染负荷、泥沙吸附态负荷两部分,提出了多沙河流非点源污染负荷估算模型;根据黄河干流潼关断面1950-2006年实测水沙资料,结合水体、泥沙污染物浓度测定试验,分别计算了潼关断面2006年以及丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)3种不同代表年型下的非点源污染负荷.结果表明:黄河干流潼关断面年污染负荷以汛期为主,汛期污染负荷以非点源为主;非点源污染负荷中,硝酸盐氮、氨氮以溶解态为主,总磷以吸附态为主;潼关断面非点源污染负荷占全年负荷比例:丰水年时,硝酸盐氮占63.09%,氨氮占61.32%,总氮占87.17%、总磷占89.83%;枯水年时,硝酸盐氮占26.92%,氨氮占24.62%,总氮占67.60%、总磷占71.73%.2006年,硝酸盐氮、氨氮、总氮和总磷非点源污染负荷占全年比例依次为:17%、14%、15%和41%.     

叶尔羌流域水资源量变化特征探讨

为寻求叶尔羌流域水资源变化的规律,结合流域内实测径流数据统计分析了其水资源变化特征。分析表明:流域年内径流变化较为明显,主要以融雪径流为主要补给方式。年内分配存在显著的丰枯变化,夏季径流比重占全年径流量高达68.5%,而春季灌溉期径流量仅为全年径流总量的6.7%,春季灌溉期水量难以得到有效保障。     

辽河大伙房水库汇水区农业非点源污染入库模拟

利用输出系数法和SWAT模型,对大伙房水库汇水区农业非点源污染(ANSP)进行了入库模拟研究,并用2006—2009年的水文和水质监测数据对模型进行了校准和验证。研究结果表明:汇水区年均输入到水库的泥沙量、总氮和总磷负荷分别为82.65×103 t、1 873.49t和81.97t;月入库泥沙量、总氮和总磷负荷与径流量有着较强的相关性,ANSP的产生和迁移受降水、径流过程影响很大,每年7、8月份的氮、磷和泥沙流失量达到年内最大值,分别占全年流失总量的42.64%、44.42%和67.91%。水库汇水区各流域对水库氮、磷污染的贡献率由大到小依次为:浑河流域(清原段)、苏子河流域、社河流域和水库周边小流域。     

渭河源区典型小流域水沙演变规律分析

根据渭河源区清源河典型小流域实测水文资料,分析了流域水文要素的年内和年际变化规律,流域降水、径流和泥沙主要集中在汛期,5-9月降水量占全年的78.5%,5-10月径流占全年的78.7%,5-8月输沙量占全年的88.9%。受上游修建水库、水土保持等人类活动的影响,流域汛期径流和泥沙1997-2013年比1980-1996年均减少了5.9%。流域面平均降水量、平均流量、平均输沙量年际变化不稳定,总体呈减少趋势,序列最大可能变异点分别为1995年、1994年和1997年。建立了流域年降水量与年径流深、次降水量P+Pa与次径流深相关模型,相关系数达到0.902和0.860。以年最大洪峰流量为参数,分别建立了流域年径流量与年输沙量、次径流量与次输沙量关系模型,相关系数达到0.835和0.917,公式模拟值与实测值接近,误差较小,可以作为以径流推算泥沙的重要依据。通过定性定量分析人类活动对流域径流、泥沙的影响程度,对区域抗旱防洪减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。     

洪湖流域传统农业条件下营养盐输移模拟研究*

文章选择位于长江中游的洪湖流域作为研究对象,应用流域分布式水文模型SWAT,探讨传统农业条件下流域营养盐输移的规律。模拟时段选择为建国初期的1951~1960年,模拟的边界条件设置为自然地形、土壤、传统农业生产和土地利用方式,其中土壤资料包括营养盐(N和P)、有机质含量、粒径等理化参数等。根据流域汇水范围的变化,模拟分汛期与非汛期两个时间段进行。通过对模型参数率定和调试,水文模拟结果与实测值有较好的吻合程度,由此进行营养盐输出模拟。模拟结果显示,传统农业条件下流域营养盐输出,TN和TP浓度变化有明显的季节特征,体现了耕作制度对营养盐浓度的影响; 同时,该时段营养盐浓度相比较自然条件下有了很大的改变,体现了人类活动对流域营养盐输移的影响,主要是土地利用类型变化和湖泊水域面积的缩小。     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO_2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型(DTVGM-CASACNP)及应用元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化(LUCC)及CO2浓度升高对径流的影响。研究结果表明:DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO2浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型（DTVGM-CASACNP）及应用元胞自动机-马尔科夫（CA-Markov）土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化（LUCC）及CO₂浓度升高对径流的影响。研究结果表明: DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO₂浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。     

石羊河流域水文要素变化特征分析

选取石羊河流域永昌、肃南、天祝、古浪、武威、民勤6个气象站1961～2000年的降水、蒸发资料及黄羊河水库、杂木寺、南营、四沟嘴、古浪、沙沟寺、插剑门、大靖峡水库、红崖山水库9个水文站1961～2000年的径流资料,运用距平分析法和Kendall秩次相关法对流域水文要素的时程变化特征进行了分析。研究结果表明:石羊河流域降水、蒸发年内分配不均,但年际变化不大;降水集中于6～9月份,占全年的65%以上,蒸发集中于5～8月份,占全年的54%。径流的年内分配与降水一致,集中于6～9月,占全年的58%。径流的年际变化呈明显减少趋势,尤以红崖山水库入库流量减少最为显著。     

长江源多年冻土区典型小流域水文过程特征研究

基于长江源风火山多年冻土区典型小流域2004-2007年的观测资料,运用回归和统计分析方法,探讨了气温、地温、降水、土壤水分与径流的响应关系.结果表明:5-9月为研究流域的水文过程活跃期,该时段的径流量占全年总径流量的85%;径流过程中存在春汛和夏汛,夏汛洪峰值明显高于春汛.径流过程中不同时段具有不同的影响主导因子,春汛期主要是65 cm以上的土壤温度和水分起主导作用;夏季枯水期40 cm以上土壤水分与径流是负相关,深层地温和土壤水分起主导作用;夏汛期气温、降水起主导作用;秋季枯水期的影响因子依次为土壤温度、水分及气温.多年冻土区降水大部分冻结在土壤中或者用来补充土壤水分的亏缺,不能直接产流,只有在春汛和夏汛期间与径流保持一定的相关关系.     

气候变化对我国水文水资源的可能影响

以平衡的GCM模型输出作为大气中CO₂浓度倍增时的气候情景,采用月水量平衡模型及水资源利用综合评价模型研究我国部分流域年、月径流、蒸发的可能变化及2030年水资源供需差额变化。结果表明淮河及其以北气候变化的影响最为显着,各流域水量的增多或减少主要由汛期径流及蒸发的增减决定。在未来气候条件下,黄、淮、海三个流域水资源短缺可能进一步加剧。     

海河流域河川径流对气候变化的响应机理

利用可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型,在海河流域选取了6个典型流域来率定VIC模型的参数。通过模型参数移植技术,建立了全流域的径流模拟平台。根据假定的气候变化情景,分析了海河流域河川径流对气候变化的响应机理。结果表明:在年平均气温升高2℃时,海河流域的径流量将减少6.5%;当年降水量增加或者减少10%时,海河流域的径流量将分别增加26%和减少23%;当汛期降水占年降水量的比例分别增加或者减少10%时,全流域的径流量将会增加12%或者减少7%;在空间上,在年平均气温升高和年降水量变化的情景下,海河流域西北部的河川径流比东南部更敏感;在降水年内分配变化的情景下,海河流域东南部的河川径流比西北部更敏感。总体上,年降水量越大,径流量对降水量的敏感性越小,对平均气温的敏感性也越小,而对降水年内分配的敏感性越大。     

水土保持地区人类活动对汛期径流影响的估算

人类活动对于流域水文要素时变过程的影响显著,确定人类活动影响下水文要素时序的显著转折点、选出相对"天然"的序列,对于开展水土保持效益评价研究具有重要意义。以延河流域为例,采用数理统计方法推估获取人类活动影响下汛期径流时序的显著转折点,以显著转折点前的数据建立预测模型,对比分析汛期径流量的实测值与预测值,其差值即为人类活动对汛期径流的影响程度。较之传统研究方法,本文以汛期水文数据取代年均数据,以汛期降水径流综合系数代替年径流系数,从而减弱了黄土高原地区降水、径流变化幅度巨大的干扰影响。结果表明,从20世纪50年代末至80年代末,1970年为人类活动下延河流域径流时序的显著转折点,1970年以后人类活动对流域水文的影响更显著,1981年达到最大值,为72.04%。20世纪70、80年代人类活动对延河汛期径流量的影响一直处于负面减流状态。人为因素是延河径流量演变的主要驱动因子。     

嘉陵江不同区域场次洪水输沙规律

对于雨洪河流,河流年输沙量主要来源于1场或几场高强度暴雨洪水过程,开展流域次洪输沙规律研究对认识流域水沙变化特性、提升流域产输沙的预测能力具有重要意义。利用嘉陵江流域小河坝站、罗渡溪站、武胜站及北碚站的历年场次洪量与输沙量资料,基于径流侵蚀功率理论和M-K分析等方法,系统分析了嘉陵江不同区域的次洪输沙特性。结果表明:嘉陵江流域汛期洪量和输沙量主要来自于嘉陵江干流;嘉陵江不同区域场次洪量均呈不显著减少趋势,次洪输沙模数（输沙量）总体呈显著减少趋势,但小河坝站2013—2020年次洪输沙模数（输沙量）呈显著增加趋势;随着径流侵蚀功率的逐渐增加,各区域不同时段的次洪输沙模数（输沙量）的变幅逐渐减小;嘉陵江干流区武胜站场次洪水输沙过程受人类活动影响最大、渠江罗渡溪站次之、涪江小河坝站最小;受汶川地震及强降雨等影响,小河坝站和北碚站2013—2020年次洪输沙量较1999—2012年有一定程度增加,但北碚站增幅小于小河坝站。     

“五江一河”的洪水特征及其对跨流域调水量的制约——三评“红旗河工程”构想

在上文阐明"五江一河"径流量的年际变化及各节点具体径流量要比"红旗河工程"构想少得多的基础上,本文依据前人资料和成果,进一步阐述这些河流的径流量,在年内分配的不均匀性与洪水特征,及其对跨流域调水量的制约作用。研究表明:"五江一河"在11月到翌年4月,径流量只占全年总径流量的12.09%~21.84%,月均只有2.01%~3.64%,为冬、春季枯水期。其径流量只比拟调水比例20%或21%的月均值1.67%或1.75%略多。如此之少的水量,只能维系流域内的生态、生产及生活用水,而不能跨流域调水。何况"红旗河"中、下游在冬季结冰期也难以进行调水。每年6月份到9月份的4个月,"五江一河"径流量占全年径流量的53.3%~88.3%,甚至8月份的月径流量可达全年总径流量的17.8%~29.6%,属于汛期。根据径流量的实际数据,一年当中可供调水时间段只有丰水与平水期的6个月或汛期的3~4个月,要比"红旗河工程"构想的全年调水的时间大大缩短。在可资跨流域调水的每年5—10月份的时间窗口中,如果按原构想的月均调水流量占年径流量的比例1.67%(按20%计)或1.75%(按21%计)进行调水,则"五江一河"的年调水总量仅为153.25×10^8m^3(按20%计)或161.50×10^8m^3(按21%计)。仅为原构想调水量600亿m^3的1/4,充其量不足27%。在丰水与平水期的6个月中实现年径流量20%或21%的年调水比例,就意味将月调水比例从占年径流量的1.67%或1.75%增加为3.33%或3.50%。这样,"五江一河"的年调水总量可达到306.50×10^8m^3或323.00×10^8 m^3。此调水方案,导致调水河道截面积或工程规模增加一倍,但调水量也只有原构想的大约一半或至多54%。如果将调水目标强行设定为600亿m^3,那么"五江一河"的调水比例将提高到占年径流量的27.1%(南水北调西线工程开展前),或除金沙江和雅砻江之外的其它调水河流的39.0%(南水北调西线工程完成后),"红旗河"的建设规模势必大大增加,这也意味着工程难度大大增加,意味着工程建设与运行成本大大增加,意味着洪水、地震与地质灾害的危险性大大增加。"五江一河"实际可调水量比"红旗河"构想严重减少,使人不禁会对"红旗河"工程立论的科学基础和科学依据提出质疑。     

赣江中下游近60年水沙时空分布特征

基于赣江中下游4个代表水文站(吉安站、峡江站、樟树站、外洲站)60多年的水沙时间序列资料,分析了赣江中下游水沙时空分布特征,探讨了水库滞沙、人为采砂、水土保持等人类活动对径流、输沙特性的影响。结果表明:年径流量整体上呈微弱增加趋势,受万安水库运行的影响,1990年以后汛期径流量集中程度微弱降低;各站年输沙量在20世纪50~80年代没有明显变化趋势,进入90年代以后整体上呈逐渐降低趋势,1990年汛期输沙量降幅最为明显,各测站下降幅度大小与水文测站距水库的远近有关;降雨量是影响年径流量的主要因素,水土保持和水库滞沙是年输沙量急剧下降的主要因素,而万安水库的蓄水拦沙作用和人为采砂是影响近期水沙条件的主要因素。     

黄河上游主要支流径流时空分布规律及演变趋势分析

基于有关水文站径流观测资料,对黄河上游兰州以上干流与主要支流流域径流的补给来源、时空分布规律及演变趋势进行了分析。结果表明,研究区域内径流的补给来源主要是大气降水汛期(5～10月)水量占年总量的52.4%～68.0%,非汛期地下水补给量占年总量的35.1%～43.1%,冰雪融水量占年总量的2.5﹪～5.0﹪;从空间分布看,由于流域下垫面条件不同,其产流模数在空间的分布差异性很大,产水量较大的区域模数为7.874～8.500L/s.km2;产水量中等区域模数为5.047～6.536L/s.km2;产流量较小区模数为3.416～3.812L/s.km2;从时间上看,自有观测资料至2008年,以1986年为分界点,径流的多年变化过程总体上先表现出具有长持续性的波动上涨、后表现出跌宕中下落的趋势过程;各月径流量的长期变化趋势主要表现为汛期径流量减少的幅度较大,非汛期减少的幅度相对较小。鉴于源区各区间径流持续减少的原因,导致兰州站自1986年以来径流变化过程有显著减少的趋势,且这种变化趋势还在持续。黄河上游径流的持续减少给流域各省的经济与社会、生态与环境的和谐发展带来不利影响,应当引起高度重视。     

黄河源区雨季降水与汛期径流量重建及其千年尺度下的演变特征

黄河源区年内降水集中, 洪水风险大, 重建源区雨季降水和汛期径流量对于提高径流预报预测精度及防洪防灾具有重要科学意义和应用价值。本文利用黄河源区及周边筛选的16个树轮年表, 采用嵌套主成分层次贝叶斯回归模型, 估算参数后验分布替代固定值以考虑不确定性, 重建了黄河源区过去1 160 a的雨季降水; 提出了基于年径流的分类占比回归模型, 以考虑汛期径流量与年径流量的一致性, 将黄河源区汛期径流量展延至公元159年。结果表明: ①嵌套主成分层次贝叶斯回归模型的误差缩减值(E_R)和有效系数(E_C)评价指标值均显著高于0, 分类占比回归模型的E_R和E_C值最高分别达0.90和0.88, 重建结果可靠性较高; ②即使在千年尺度下, 1979—1985年亦是较为不寻常的汛期高径流量时期。